Photolumineszenzmessungen an MBE- AlGaAs/ GaAs-Halbleiterschichtsystemen zur Optimierung der Wachstumsparameter

Kubon, M.

Book/Report

FZJ-2018-03561

Photolumineszenzmessungen an MBE- AlGaAs/ GaAs-Halbleiterschichtsystemen zur Optimierung der Wachstumsparameter

Kubon, M. (Corresponding author)FZJ*

1991
Forschungszentrum Jülich GmbH Zentralbibliothek, Verlag Jülich

Jülich : Forschungszentrum Jülich GmbH Zentralbibliothek, Verlag, Berichte des Forschungszentrums Jülich 2507, 79 p. (1991)

Please use a persistent id in citations: http://hdl.handle.net/2128/18944

Report No.: Juel-2507

Abstract: Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Charakterisierung MBE-gewachsener Halbleiterschichten, speziell GaAs-Schichten und AlAs/GaAs- bzw. AlGaAs/GaAs-Quantentöpfen. Es wird die Tieftemperatur-Photolumineszenz eingesetzt, um Aussagen über die Eigenschaften der Schichten und Heterogrenzflächen zu machen.Zudem werden Hallmessungen zur Bestimmung der freien Ladungsträgerkonzentration durchgeführt. Die Photolumineszenz- und Hallmessungen ermöglichen es, Zusammenhänge zwischen den Epitaxieparametern und den Schicht- bzw. Grenzflächeneigenschaften herzustellen. Das ermöglicht eine Optimierung dieser Eigenschaften, etwa in Hinblick auf die Bauelementherstellung. Photolumineszenzmessungen an Quantentöpfen zeigen, daß die Heterogrenzflächen AlGaAs auf GaAs ("normale" Grenzfläche) bei den verwendeten Parametern pseudoglatt sind (Inselgröße $\approx$ 80$\mathring{A}$). Durch einen kurzen Wachstumsstop an dieser Grenzfläche gelingt es, die Inselgröße auf $\approx$ 40 $\mathring{A}$ zu reduzieren. Dabei ist die Gleichförmigkeit der Wachstumsparameter (speziell etwa die Konstanz der Quellentemperaturen) so gut, daß sich (auch nach Wachstum von 0,1 $\mu$m AlAs und GaAs) zwischen der tatsächlichen und der nominellen Dicke in Wachstumsrichtung nur eine Abweichung von unter $\pm$ 1 % ergibt. Gemessen wurde dies durch Verwendung verschiedener Anregungsenergien mit unterschiedlichen Eindringtiefen und damit verschiedener" Tiefenauflösung" . Im AlGaAs/GaAs-System können schließlich (nach längeren Wachstumsstops) Inselgrößen größer als die Exziton-Diffusionslänge ($\approx$ $\mu$m) an der normalen Grenzfläche nachgewiesen werden. Dies gelingt beim AlAs/GaAs-System sogar an bei den Grenzflächen, da hier das Barrierenmaterial ebenfalls binär ist. Abschließend wurden mit fokussiertem Laserfleck auf der Probe ortsaufgelösteMessungen an Quantentöpfen durchgeführt, wobei ausgenutzt wurde, daß der Kryostat der PL-Anlage horizontal und vertikal verschiebbar ist. Durch Umrechnungder Energielagen der Signale in Topfdicken erhält man eine Aussage über den Dickenverlauf der Schichten über einen gesamten 2"-Wafer. Die Inhomogenität des Strahlflusses der Ga-Quelle und damit die Variationen der GaAs-Schichtdicke wird so zu etwa $\pm$ 11 % bestimmt. Durch Vergleich mit theoretischen Abschätzungen kann man sie gänzlich auf die geometrische Anordnung der Quelle relativ zum Substrat zurückführen. Bei dickeren Schichten ($\geq$ 100 $mathring{A}$) genügt es, den Wafer zur Herausmittelung der Inhomogenitäten bei der Epitaxie zu drehen. Bei dünneren Schichten jedoch ist es zusätzlich nötig, die Rotation mit der Wachstumsrate derart zu synchronisieren, daß der Wafer pro gewachsener Monolage gerade eine ganze Anzahl an Drehungen macht. Hierdurch lassen sich die Waferinhomogenitäten auf ca. $\pm$ 1 % über 2" bei Schichtdicken bis hinab zu 50$\mathring{A}$ senken! Bei der Dotierung tragen Ga- und Si-Flußinhomogenitäten zu lateralen Dotierungsunterschieden bei. Diese Unterschiede werden auch tatsächlich zu $\approx$ $\pm$ 20% bestimmt. Auch hier führt die synchronisierte Rotation zu einer fast optimalen Ausmittelung und man erhält Unterschiede über 2" von unter $\pm$ 1 %.

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